Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 16

3 ноября 2020
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 16

Экспериментальная работа, описанная в предыдущей части, привела к математическому моделированию механизмов экструзии и плавления, что, в свою очередь, стало причиной быстрого прогресса в понимании экструзии и улучшению методов проектирования шнеков. Однако выпуск этих однопроходных шнеков в конечном итоге был ограничен из-за выхода твердых частиц из дозирующей секции, что приводило к плохой однородности расплава. Затем это привело к использованию смесителя Maddock, который представляет собой диспергирующий смесительный элемент, изобретенный для восстановления геля, в конце плавильной или дозирующей секции для улавливания нерасплавленного полимера, выходящего из плавильной секции или в конце дозирующей секции. Эти смесители удерживали оставшиеся твердые частицы из секции дозирования и обеспечивали полное плавление с улучшением общей производительности при более высоком качестве плавления. Экспериментальные открытия Мэддока также привели к изобретению Барром конструкции барьерного шнека, который давал более высокую производительность экструзии при более низкой температуре плавления, чем можно было бы получить с помощью стандартных одношнековых конструкций. Затем последовали прямые экспериментальные исследования механизма плавления несколькими специалистами.

Дальнейшие успехи в конструкции экструзионного шнека были затем достигнуты за счет преднамеренного нарушения механизма экструзионного плавления после того, как часть полимера была расплавлена, и смешивания твердого полимера и горячего расплава. Эти новые идеи привели к дальнейшему увеличению производительности за счет снижения температуры расплава с улучшенной однородностью расплава. Сначала рассмотрим подачу полимера на шнек из бункера экструдера. Шнек на входе в экструдер представляет собой своеобразный «питательный» элемент, потому что с каждым оборотом шнека производится объем, который зависит от площади поперечного сечения лопасти шнека, площади разгрузки бункера и числа оборотов шнека. Количество полимера, захваченного в шнек, будет зависеть от насыпной плотности полимерных гранул и скорости, с которой они могут упасть в шнек, когда лопасть проходит под бункером. Когда лопасть шнека проходит под бункером, она толкает твердые гранулы вперед и захватывает их у передней кромки отверстия ствола (горловины подачи). После прохождения лопасти гранулы полимера падают в открытый канал шнека и затем выталкиваются вперед за счет лопасти шнека. Экструдеры могут быть изготовлены с круглым, прямоугольным загрузочным отверстием или тангенциальным питающим «карманом».

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 16

Эффективность заполнения шнека будет зависеть от геометрии отверстия и скорости вращения шнека. Скорость шнека устанавливает время, в течение которого полимер упадет в шнек, и пластина также может отталкивать полимер от отверстия (это называется смещение или сдвиг), снижая количество полимера, захваченного при каждом обороте шнека. В этой секции экструдера лопасти шнека подрезаны больше, чем номинальный диаметр шнека, чтобы предотвратить заклинивание твердого полимера между лопастью шнека и цилиндром, что привело бы к остановке привода. Когда гранулы полимера транспортируются в шнек, они сжимаются под действием сил подачи и в конечном итоге образуют твердую пробку, которая полностью заполняет канал шнека. В этот момент подача регулируется относительным трением полимера о винт и цилиндр, создавая крутящий момент, который толкает пробку вперед. Точно так же при более глубоком изучении механизма мы увидим, что подача оптимизируется за счет прилипания полимера к цилиндру и проскальзывания винта. Для проверки возьмите винт и гайку. Накрутив гайку на винт, представьте, что винт – это винт экструдера, а наши пальцы – ствол. Не касаясь гайки, поверните винт и мы увидим, что гайка просто вращается вместе с ним.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 16

В этом случае мы видим, что полимер (обозначенный гайкой) прилипает к винту и скользит по стволу. Затем прикоснитесь к гайке, чтобы она не проворачивалась, то есть полимер налипает на ствол. Когда ствол поворачивается, гайка начнет проскальзывать и продвинется по резьбе винта. Это тот случай, когда полимер прилипает к стволу. Это именно то, что происходит при транспортировке твердых тел полимеров, за исключением того, что полимер (гайка) будет скользить по цилиндру (наши пальцы), поэтому он будет вращаться и продвигаться по резьбе, прослеживая длинный спиральный путь с учетом угла спирали. Также можно понять, что относительная величина проскальзывания между цилиндром и винтом будет определять крутящий момент, необходимый для перемещения полимера вперед. Таким образом, смазка стержня упростит перемещение, в то время как грязный или ржавый стержень увеличит силу, необходимую для перемещения полимера вперед. Далее мы рассмотрим фактическое движение полимера внутри экструдера. При вращении винта полимер толкается лопастью шнека, которая подает энергию для его перемещения по спиральному каналу шнека под углом, поскольку он ограничивается лопастями шнека. Однако движению твердого тела препятствуют силы трения между твердым телом и цилиндром, а также между твердым телом и поверхностями винта, которые не позволяют полимеру просто перемещаться по каналу.

Поскольку шнек вращается внутри неподвижного цилиндра, по мере того, как твердое тело движется по каналу, оно вращается и совершает спиральное движение относительно цилиндра экструдера. Угол, под которым он перемещается относительно цилиндра при каждом повороте шнека, называется углом транспортировки твердых частиц. Можно смоделировать относительное движение твердой пробки в канале шнека относительно поверхности цилиндра. Зная скорость, с которой твердая пробка движется вдоль лопасти шнека в заданное время, можно рассчитать объемную скорость транспортировки твердых частиц с точки зрения геометрии шнека и угла транспортировки твердых частиц. Вывод этого был сделан исследователями Дарнеллом и Молом. Ранний анализ транспортировки твердых тел в экструдере, основанный на нескольких простых моделях, основанных на простых концепциях, таких как силы трения между полимером и металлическими поверхностями, приписывают Декеру и Майллеферу, а концепция дифференциального крутящего момента на поверхности шнека и цилиндра была создана Саймондсом. Строгость вывода была значительно улучшена Дарнеллом и Молом из компании DuPont, и их анализ цитируется чаще всего, поскольку он дает хорошее описание наблюдаемого поведения.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 16

Модель основана на балансе сил и крутящего момента, создаваемого твердой пробкой, которая, как предполагается, полностью заполняет винтовой канал. Далее будут приведены основные допущения, использованные при выводе модели. Вот они. Под внутренним давлением полимер образует эластичную пробку. Эластичная заглушка контактирует со всеми сторонами винтового канала. Давление может быть постоянным или увеличиваться с увеличением длины канала. Коэффициент трения (COF) полимера о металлическую поверхность не зависит от давления. Радиальный зазор между лопастью и стволом ничтожен. COF одинаков для всех полимерных металлических поверхностей винта. Этот набор допущений описывает состояние поршневого течения твердого вещества в секции подачи шнека, и в следующей части мы продолжим рассмотрение этих моментов, а также приступим к описанию механизма плавления полимерного гранулята.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 16

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад